钴基非晶丝转速测量仪的制作方法

本实用新型涉及一种转速测量的装置，具体涉及一种利用新型材料钴基非晶丝的巨磁阻抗效应以及磁电转换原理，将转速转成脉冲计数，实现转速测量的装置。

背景技术：

随着科学技术的发展，发动机被应用于汽车制造，航空航天，轮船潜艇等众多领域之中。而这些工业领域的不断发展，需要一种能够实时监测发动机转速的仪器，从而判断整体的异常情况。

目前，转速测量所用到的磁电传感器主要是霍尔装置，硅钢式传感器，坡莫合金式传感器，光电式传感器等。上述传感器具有互换性差，信号随温度变化，非线性输出，有效磁导率值较低，误差较大等缺点，无法满足实际生产的需求，所以亟待一种能够高精度测量转速设备的出现。

钴基非晶丝是近年来所开发出来的一种新型材料，具有优良的巨磁阻抗效应(GMI)、高磁导率，低矫顽力及高腐蚀性能。目前，磁性元器件行业对非晶材料的应用广泛，市场需求很大。非晶材料常用在工业设备、电信、照明、电子等领域，如功率变压器，电流互感器，共模电感、扼流圈、磁放大器、抗噪音干扰器件等，具有广阔的发展前景。

本实用新型采用新型材料Co-Fe基非晶丝，利用其优良的巨磁阻抗和软磁特性效应，采用STM32F407单片机为微处理系统，提供了一种钴基非晶丝转速测量仪。该仪器灵敏度高，精确度高，易携带，自动化程度高，可实现对转速的实时精确测量。

技术实现要素：

本实用新型主要提供了一种基于新材料钴基非晶丝的传感器来测量转动齿轮周围磁场强度的变化，利用非晶丝的巨磁阻抗效应以及磁电转换原理，将转速转成脉冲计数，实现转速测量的装置。此装置可实时监测转速，自动化程度高，灵敏度较高，性能稳定。

本转速测量装置由钴基非晶丝传感器、信号放大电路、信号整形电路、微处理电路、液晶显示屏和电源电路组成。

钴基非晶丝传感器由非晶丝线圈和多谐振荡电路构成。线圈采用差动式结构，消除了测量转速过程中环境温度和电流热效应对传感器的影响。而当外界磁场发生变化时，多谐振荡电路的工作周期随之周期性变化，实现对非晶丝线圈的励磁。

由于钴基非晶丝传感器输出的信号波形幅值较小，所以采用信号放大电路对此信号进行放大。此电路主要采用AD797高性能运放芯片，它是一款极低噪声、低失真运算放大器。

信号整形电路主要由微分电路构成，将锯齿波改变为矩形波，方便微处理电路进行数据处理和计算。

微处理电路主要以STM32F407微处理器为核心而构建。STM32F407首先利用定时器TIM2为复用功能，配置TIM3为10ms定时器中断，以此对输入进来的信号进行处理，通过信号的周期变化计算齿轮的圈数，利用预设方程公式计算出相应的齿轮转速。

液晶显示采用ATK-7TFTLCD电容触摸屏，实现显示和触摸功能。显示屏需5V供电，平均工作电流为130mA～350mA，是一款高性能，低功耗7寸LCD 模块，屏幕的分辨率为800*480，16位真彩显示，同时采用电容触摸控制芯片 GT9147，可以支持5点触摸，有很好的操控效果。

本转速测量仪的优点是：

1.新型材料钴基非晶丝具有高磁导率和低矫顽力，且对外界微弱磁场的变化相当敏感，具有高灵敏度。

2.钴基非晶丝线圈采用双绕组合差动式结构，可以合理地避免了测量转速过程中环境温度和电流热效应对传感器的影响。

3.采用运算速度极快STM32F407微处理器，自动化程度高，精确度高。

附图说明：

图1是钴基非晶丝转速测量仪的整体结构图。

图2是钴基非晶丝转速测量仪完整的工作流程图。

图3是双绕组合线圈的末端与多谐振荡电路相连接的示意图。

图4是信号放大电路原理图。

图5是转速和电压关系的曲线图。

具体实施方式

转速测量仪的整体结构如图1所示。包括钴基非晶丝线圈(1)、多谐振荡电路(2)、信号放大电路(3)、信号整形电路(4)、电源电路(5)、微处理电路(6)、液晶显示屏(7)、支撑架(8)、转速测量齿轮(9)。

钴基非晶丝传感器由钴基非晶丝线圈(1)和多谐振荡电路(2)连接组合而成，多谐振荡电路(2)连接信号放大电路(3)，再连接信号整形电路(4)，之后通过STM32F407微处理电路(6)，液晶显示屏(7)与微处理电路(6)的显示输出端相连，电源电路(5)为多谐振荡电路(2)提供3.3V电压。转速测量齿轮(9)固定在传感器左侧的中间位置。

该转速测量仪的完整工作流程如图2所示，其具体工作过程如下：将钴基非晶丝线圈(1)与多谐振荡电路(2)相连接。构成非晶丝传感器，用于检测敏感元件钴基非晶丝所处环境周围的磁场是否发生变化。此时当外磁场变化时，由于钴基非晶丝的巨磁阻抗效应和软磁特性，使其交流阻抗对外界磁场强度的变化相当敏感，当外界磁场发生变化时，会影响多谐振荡电路(2)的工作周期，进而完成对非晶丝探头的励磁。

由于多谐振荡电路(2)产生的信号波形幅值过小，信号放大电路(3)对此信号进行放大，该信号放大电路(3)的具体结构如图4所示。运用AD797 高性能运放芯片，将得到的微弱信号输入AD797芯片，对此信号进行放大，进而可以得到较为理想的波信号。信号整形电路(4)由微分电路构成，主要进行波形的转换，将锯齿波信号转换为方波信号。

微处理电路(6)主要采用STM32F407单片机为主控，运行UCOSIII系统做任务协调，用开源库STemwin做界面数据显示，将采集到的信号经过外部电路放大，输送给MCU后，利用单片机的定时器脉冲计数功能，将捕获到的信号进行统计并传入转速测量子函数计算，得出结果，将结果输送到显示屏将其显示出来。

STM32F407的拥有2个高级控制定时器、10个通用定时器和2个基本定时器，其中高级定时器(TIM1和TIM8)和通用定时器中的(TIM2和TIM5)可用于外部时钟触发模式。开始将TIM2_ETR对应GPIOA15初始为复用功能，并将TIM2更新值设为0xFFFF、不分频、上升沿计数、TIM_ETRClockMode2Config 为同相不分频，同时配置TIM3为10ms定时器中断。在中断函数中读取每 10msTIM2的ARR值，读取后清零。

测量结果表明，当非晶态合金在无外加磁场时定时器计数值为7900～8100，有外加磁场时定时器计数值为5100～5400(在示波器测量下，无外加磁场时脉冲周期是1.26us，有外加磁场时脉冲周期为1.93us，则10ms脉冲数相应大约为7937 和5181)。

微处理电路计算出转速之后，将数据送入液晶显示屏(7)显示。在数据显示中，采用SEGGER公司授权给ST公司的STemWin，这款GUI有丰富的矢量绘图API、可显示多种图片格式、支持多国语言、非常适合小型嵌入式系统数据显示。调用PROGBAR_SetSki函数，将Progbar进度条控件背景重绘，重新剪切一个指定矩形区域再调用PROGBARMETER_DispNeedle函数将Progbar进度条改为表盘指针。并声明一个100ms定时器，在定时器的回调函数中刷新速度数据显示。

钴基非晶丝转速测量仪的电源电路(5)由LD1117芯片组成。5V电源为 STM32F407单片机进行供电，再由LD1117芯片降至3.3V，为非晶丝探头进行供电，保证仪器各部分的正常工作。

被测试件采用装有车轮的电机。电机采用J1202电源供电，首先为电机提供 2V电压，当LCD显示屏显示出电机的转速之后，依次增大所加电压，使得电机的转速不断增大，记录不同电压下的数值。如图5所示，横坐标为电压，纵坐标为电机转速。可以看出电机转速与所加电压呈正相关，说明转速测量仪具有良好的性能。

综上，利用钴基非晶丝的巨磁阻抗效应，能够检测到外界微弱磁场的变化。通过与多谐振荡电路，信号放大电路、信号整形电路和微处理电路结合，将输入信号周期的变化经过公式计算，得出齿轮的转速。该款钴基非晶丝转速测量仪可用于工业生产发动机等仪器的转速测量。

以上所述仅为本实用新型的一个较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的原理和设计之内所作的任何修改、替换和改进等，均在本实用新型的保护范围之内。